一種氣體鉆井用井斜測量系統的制作方法
【專利摘要】本發明是常規氣體鉆井中用以測量井斜及方位的一種氣體鉆井用井斜在線測量系統。該系統采用有線傳輸與無線傳輸相配合的方式實現信號的精確、穩定與簡便傳送。其技術方案是：系統由測量頭、電纜快速接頭、信號傳輸短節與地面設備組成。測量頭通過電纜下放至鉆頭上方，信號通過電纜上傳至井口的信號傳輸短節；電纜與電纜之間采用電纜快速接頭連接；信號傳輸短節安裝于水龍頭與方鉆桿之間。信號傳輸短節的內芯殼體內部安裝有信號處理電路板、電源和信號發射器。內芯殼體下端安裝有電纜密封接頭；信號發射器通過導線與天線蓋板連接。地面設備通過信號接收機接受信號。該系統可實現隨鉆實時測量與傳輸，可用于氣體鉆井和欠平衡鉆井鉆進中。
【專利說明】一種氣體鉆井用井斜測量系統
[0001]【技術領域】
本發明涉及常規氣體鉆井中用以測量井斜及方位的一種氣體鉆井用井斜在線測量系統，該系統可以實現隨鉆實時測量與傳輸，適用于氣體鉆井或欠平衡鉆井過程中對井斜的控制。
【背景技術】
[0002]鉆井作業過程中，常用的井斜測量儀器主要利用泥漿脈沖向井口傳遞信號，或是將采集到的信號數據存儲在測量儀器內部，待起鉆取出后再進行讀取。以上兩種方法均存在缺陷，泥漿脈沖傳遞信號的效能，受泥漿介質特性影響明顯并伴隨著較強的衰減特征，且包含著各種噪聲和干擾。此外，由于需要傳輸介質，因此并不適用于氣體鉆井。存儲數據的方法雖可保證數據的完整性，但不能夠實現地面對數據的實時監測，無法及時判定井斜情況并做出相應的調整措施。采用無線傳輸的方式將信號從井底傳遞至井口，需要在鉆柱上加裝一系列的信號中繼站，其工作穩定性受井下惡劣條件影響很大。
[0003]針對氣體鉆井的作業特點，在內環空下入井斜測量儀器，采用有線傳輸的方式將井底信號傳輸至井口，再經無線傳輸的方式傳輸至由地面設備。該系統可以有效解決井底實時測量信號不能有效傳輸至地面的問題，且地面傳輸采用無線傳輸方式可減少井場電纜鋪設難度，降低井場線路的復雜性，且不需要改變動力水龍頭結構。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是:為解決氣體鉆井過程中井斜測量信號不能夠實時傳輸至地面而導致的對井斜控制不及時和調整措施實施滯后等問題，特提供一種氣體鉆井用井斜測量系統。
[0005]為了達到上述目的，本發明解決此技術問題所采用的技術方案是:一種氣體鉆井用井斜測量系統，由信號傳輸短節、電纜快速接頭、測量頭和與地面設備組成。其特征是:信號傳輸短節包括轉換短節、碟簧、定位套筒、內芯導流帽、彈簧、內芯殼體、天線密封塞、天線蓋板、信號發射器、密封墊圈、信號傳輸短節殼體、電源、信號處理電路板、電纜密封接頭、安裝螺母、螺栓、天線導管；轉換短節與信號傳輸短節殼體之間采用螺紋連接；定位套筒與轉換短節之間安裝碟簧；內芯殼體上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節殼體內腔壁在與翼板對應的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒在碟簧的作用下緊壓在內芯殼體的翼板上，并通過信號傳輸短節殼體內臺階對翼板實現限位。內芯殼體上端安裝有內芯導流帽，內部安裝有信號處理電路板、電源與信號發射器。信號處理電路板由信號整理電路與A/D數模轉換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標準信號，A/D數模轉換器將模擬信號轉換為數字信號。信號發射器通過連接導線與天線蓋板連接；天線導管一端采用螺紋與內芯殼體連接，另一端伸入天線密封塞內孔并形成靜密封。天線密封塞采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節殼體上。天線蓋板通過螺栓安裝在信號傳輸短節殼體上；電纜密封接頭安裝在內芯殼體下端，并通過安裝螺母實現與內芯殼體的相對固定。具有鎧裝層的電纜連接在電纜密封接頭上。電纜快速接頭由插頭與插座組成。插頭包括插頭外殼、銅芯觸頭、防塵密封墊。插座包括定位卡球、插座外殼、插座內芯、銅芯座、限位盤。電纜連接在插頭外殼上，并通過連接導線與銅芯觸頭連接。插頭外殼上安裝有防塵密封墊；插座內芯上端周向均布4個用以安裝定位卡球的安裝孔；銅芯座安裝在插座內芯內腔底部，電纜安裝在插座內芯的下端，通過連接導線與銅芯座連接；插座外殼與插座內芯通過螺紋連接，并實現對定位卡球的限位；限位盤通過螺紋與插座內芯連接，并實現對插座外殼的限位；測量頭由連接接頭、測量頭殼體、三軸加速度傳感器與配重塊組成。三軸加速度傳感器安裝在測量頭內部；電纜連接在連接接頭上，通過連接導線與三軸加速度傳感器相連；配重塊安裝在測量頭殼體下部；地面設備由計算機和信號接收機組成。
[0006]本發明與現有技術相比，具有的有益效果是:(1)該系統采用有線傳輸的方式，將井底測量信號傳遞至井口，提高了信號傳輸的穩定性和時效性；(2)電纜采用電纜快速接頭實現分段式連接，在接單根時同時接入一段電纜，避免了再次起下全部電纜，提高了操作的簡便性；(3)電纜快速接頭采用銅芯觸頭與多根末端為半球形的銅芯座彈片接觸，保證了接觸的可靠性；(4)井口與地面設備采用無線方式傳輸信號，實現了信號傳輸的快捷性與方便性；(5)該系統各部件為相互獨立的單元，便于維護，且無需對現有設備做任何調整與改動，實施方式簡單。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0007]圖1是本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統組成示意圖；
圖2是本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統信號傳輸短節結構示意圖；
圖3是信號傳輸短節天線蓋板結構B向視圖；
圖4是由橫剖面A-A得到的信號傳輸短節天線密封塞處的剖面示意圖；
圖5是本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統電纜快速接頭結構示意圖；
圖6是由橫剖面C-C得到的電纜快速接頭定位卡球處的剖面示意圖；
圖7是本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統測量頭結構示意圖；
圖8是本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統地面設備示意圖。
[0008]圖中:1轉換短節；2碟簧；3定位套筒；4內芯導流帽；5彈簧；6內芯殼體；7天線密封塞；8天線蓋板；9信號發射器；10密封墊圈；11信號傳輸短節殼體；12電源；13信號處理電路板；14電纜密封接頭；15安裝螺母；16電纜；17螺栓；18天線導管；19插頭外殼；20銅芯觸頭；21防塵密封墊；22定位卡球；23插座外殼；24插座內芯；25銅芯座；26限位盤；27連接接頭；28三軸加速度傳感器；29測量頭殼體；30配重塊；31計算機；32信號接收機。
【具體實施方式】
[0009]由圖1，本發明一種氣體鉆井用井斜測量系統，由信號傳輸短節、電纜快速接頭、測量頭與地面設備組成。其特征是:信號傳輸短節包括轉換短節(I)、碟簧(2)、定位套筒(3)、內芯導流帽(4)、彈簧(5)、內芯殼體(6)、天線密封塞(7)、天線蓋板(8)、信號發射器(9)、密封墊圈(10)、信號傳輸短節殼體(11)、電源(12)、信號處理電路板(13)、電纜密封接頭
(14)、安裝螺母(15)、螺栓(17)、天線導管(18);轉換短節(I)與信號傳輸短節殼體(11)之間采用螺紋連接；定位套筒(3)與轉換短節(I)之間安裝碟簧(2);內芯殼體(6)上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節殼體(11)內腔壁在與翼板對應的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒(3 )在碟簧(2 )的作用下緊壓在內芯殼體(6 )的翼板上，并通過信號傳輸短節殼體
(11)內臺階對翼板實現限位。內芯殼體(6 )上端安裝有內芯導流帽(4 )，內部安裝有信號處理電路板(13)、電源(12)與信號發射器(9)。信號處理電路板(13)由信號整理電路與A/D數模轉換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標準信號，A/D數模轉換器將模擬信號轉換為數字信號。信號發射器(9)通過連接導線與天線蓋板(8)連接；天線導管(18) —端采用螺紋與內芯殼體(6)連接，另一端伸入天線密封塞(7)內孔并形成靜密封。天線密封塞(7)采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節殼體(11)上。天線蓋板(8)通過螺栓(17)安裝在信號傳輸短節殼體(11)上；電纜密封接頭(14 )安裝在內芯殼體(6 )下端，并通過安裝螺母(15)實現與內芯殼體(6)的相對固定。具有鎧裝層的電纜(16)連接在電纜密封接頭(14)上。電纜快速接頭由插頭與插座組成。插頭包括插頭外殼(19)、銅芯觸頭(20)、防塵密封墊(21)。插座包括定位卡球(22)、插座外殼(23)、插座內芯(24)、銅芯座(25)、限位盤(26)。電纜(16)連接在插頭外殼(19)上，并通過連接導線與銅芯觸頭(20)連接。插頭外殼(19)上安裝有防塵密封墊(21);插座內芯(24)上端周向均布4個用以安裝定位卡球
(22)的安裝孔；銅芯座(25)安裝在插座內芯(24)內腔底部，電纜(16)安裝在插座內芯(24)的下端，通過連接導線與銅芯座(25)實現連接；插座外殼(23)與插座內芯(24)通過螺紋連接，并實現對定位卡球(22)的限位；限位盤(26)通過螺紋與插座內芯(24)連接，并實現對插座外殼(23)的限位；測量頭由連接接頭(27)、測量頭殼體(29)、三軸加速度傳感器(28)與配重塊(30)組成。三軸加速度傳感器(28)安裝在測量頭內部；電纜(16)連接在連接接頭(27)上，通過連接導線與三軸加速度傳感器(28)相連；配重塊(30)安裝在測量頭殼體
(29)下部；地面設備由計算機(31)和信號接收機(32)組成。
[0010]系統安裝時，將信號傳輸短節安裝在水龍頭與方鉆桿之間，電纜(16)與電纜(16)之間采用電纜快速接頭連接，并在電纜(16)最下端接入測量頭。根據井深調整所需電纜
(16)長度，使得測量頭下放至鉆頭上方。地面設備安裝在信號傳輸距離范圍內的辦公用房內。接單根時，旋開方鉆桿后并小幅上提至露出第一節電纜快速接頭，脫開此電纜快速接頭，保持脫開接頭以下部分的電纜繼續留在井內。方鉆桿新接鉆桿時，同時新接入一段電纜
(16)。連接新接電纜(16)與井口電纜(16)后再連接新接鉆桿與井口鉆桿，實現不起出全部井下電纜(16)便可新接入鉆桿與電纜(16)。系統工作時，測量頭內部的三軸加速度傳感器
(28)所獲得的信號通過電纜(16)向上傳輸至方鉆桿上端的信號傳輸短節，信號傳輸短節內部的信號處理電路板(13)對信號進行處理。信號處理電路板(13)中的信號整理電路對信號進行過濾和放大，將其處理為標準信號，再經A/D數模轉換器轉換為數字信號。數字信號再通過信號發射器(9)，采用無線傳輸的方式傳輸至地面設備。信號接收機(32)將接收到的數字信號通過通信接口傳輸到計算機(31)上，進行后續顯示、存儲和計算處理。系統采用24V直流電源(12)為三軸加速度傳感器(28)、信號處理電路板(13)和信號發射器(9)供電。
【權利要求】
1.一種氣體鉆井用井斜測量系統，由信號傳輸短節、電纜快速接頭、測量頭與地面設備組成；其特征是:信號傳輸短節包括轉換短節(I)、碟簧(2)、定位套筒(3)、內芯導流帽(4)、彈簧(5)、內芯殼體(6)、天線密封塞(7)、天線蓋板(8)、信號發射器(9)、密封墊圈(10)、信號傳輸短節殼體(11 )、電源(12)、信號處理電路板(13)、電纜密封接頭(14)、安裝螺母(15)、螺栓(17)、天線導管(18);轉換短節(I)與信號傳輸短節殼體(11)之間采用螺紋連接；定位套筒(3)與轉換短節(I)之間安裝碟簧(2);內芯殼體(6)上部周向均布三個翼板，信號傳輸短節殼體(11)內腔壁在與翼板對應的位置開有三個翼板安裝槽；定位套筒(3)在碟簧(2)的作用下緊壓在內芯殼體(6)的翼板上，并通過信號傳輸短節殼體(11)內臺階對翼板實現限位；內芯殼體(6)上端安裝有內芯導流帽(4)，內部安裝有信號處理電路板(13)、電源(12)與信號發射器(9);信號處理電路板(13)由信號整理電路與A/D數模轉換器組成，信號整理電路將傳感器信號處理為標準信號，A/D數模轉換器將模擬信號轉換為數字信號；信號發射器(9)通過連接導線與天線蓋板(8)連接；天線導管(18)—端采用螺紋與內芯殼體(6 )連接，另一端伸入天線密封塞(7 )內孔并形成靜密封；天線密封塞(7 )采用螺紋連接的方式安裝在信號傳輸短節殼體(11)上；天線蓋板(8)通過螺栓(17)安裝在信號傳輸短節殼體(11)上；電纜密封接頭(14 )安裝在內芯殼體(6 )下端，并通過安裝螺母(15)實現與內芯殼體(6)的相對固定；具有鎧裝層的電纜(16)連接在電纜密封接頭(14)上；電纜快速接頭由插頭與插座組成；插頭包括插頭外殼(19)、銅芯觸頭(20)、防塵密封墊(21)；插座包括定位卡球(22 )、插座外殼(23 )、插座內芯(24 )、銅芯座(25 )、限位盤(26 );電纜(16)連接在插頭外殼(19)上，并通過連接導線與銅芯觸頭(20)連接；插頭外殼(19)上安裝有防塵密封墊(21);插座內芯(24)上端周向均布4個用以安裝定位卡球(22)的安裝孔；銅芯座(25)安裝在插座內芯(24)內腔底部，電纜(16)安裝在插座內芯(24)的下端，通過連接導線與銅芯座(25)實現連接；插座外殼(23)與插座內芯(24)通過螺紋連接，并實現對定位卡球(22)的限位；限位盤(26)通過螺紋與插座內芯(24)連接，并實現對插座外殼(23)的限位；測量頭由連接接頭(27)、測量頭殼體(29)、三軸加速度傳感器(28)與配重塊(30)組成；三軸加速度傳感器(28)安裝在測量頭內部；電纜(16)連接在連接接頭(27)上，通過連接導線與三軸加速度傳感器(28)相連；配重塊(30)安裝在測量頭殼體(29)下部；地面設備由計算機(31)和信號接收機(32)組成。
2.根據權利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統，其特征是:電纜快速接頭銅芯觸頭(20)頂端開設有環形槽，與銅芯座(25)半球形彈片接觸，形成通路。
3.根據權利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統，其特征是:電纜快速接頭插頭外殼(19)上部柱頭開有與定位卡球(22)相配合的安裝環形槽。
4.根據權利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統，其特征是:定位卡球(22)安裝在電纜快速接頭插座內芯(24)上端的安裝孔內；插座外殼(23)實現對定位卡球(22)的限位。
5.根據權利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統，其特征是:電纜快速接頭處于連接狀態時，定位卡球(22)在插座外殼(23)的限位作用下，伸入插頭外殼(19)上部柱頭的環形槽內。
6.根據權利要求1所述的一種氣體鉆井用井斜測量系統，其特征是:測量頭由分段連接的電纜(16)下放至鉆頭上方；分段電纜(16)之間采用電纜快速接頭實現連接。
【文檔編號】E21B47/022GK103556988SQ201310557393
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月12日 優先權日:2013年11月12日
【發明者】祝效華, 敬俊 申請人:西南石油大學